舒鵬祥

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 712000)

1 概況

第界溝為三水河左岸一級支流，發(fā)源于旬邑縣城關(guān)鎮(zhèn)第界村東部山區(qū)，自東向西流經(jīng)第界村、喬家峁、馬渠村，于連家河村注入三水河，入河口位于旬邑縣城東北約5 km處。第界溝控制流域面積126.4 km2，主河道長度24.9 km，河道平均比降17.9‰。治理段沿岸涉及城關(guān)鎮(zhèn)的第界村、連家河村兩個村組，總戶數(shù)411戶，總?cè)丝?350人，耕地2.33萬畝。

2 防洪現(xiàn)狀及存在主要問題

2.1 防洪現(xiàn)狀

第界溝受其季風(fēng)氣候影響以及其特殊的自然地理條件，山洪災(zāi)害一直是沿岸人民的心腹大患。第界溝距離縣城約5 km，隨著縣城經(jīng)濟的飛速發(fā)展與人口的持續(xù)增長，排入第界溝的工業(yè)廢水與生活污水逐年增加，第界溝兩岸環(huán)境污染日趨嚴重。第界溝作為沿線居民的主要防洪河道，生活垃圾沿河傾倒現(xiàn)象嚴重，加上多年淤積，致使第界溝行洪斷面逐年減小，對沿岸各個自然村的防洪安全構(gòu)成嚴重威脅?，F(xiàn)有溝道已基本形成溝槽，沿山洪溝未設(shè)置任何堤防工程。

2.2 主要問題

根據(jù)現(xiàn)場踏勘和實地測量，第界溝未進行防洪治理，主要存在以下問題：

(1)第界溝淤積問題突出。由于第界溝沿線村莊多，群眾隨意向溝道傾倒垃圾、雜物嚴重，致使第界溝淤積問題突出。

(2)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，溝道現(xiàn)狀雜草叢生，溝道內(nèi)亂堆、亂種現(xiàn)象嚴重，阻礙了溝道的行洪，縮小了過水斷面。嚴重威脅到了溝道兩岸村莊、耕地及當群眾的生命財產(chǎn)安全。

(3)隨著新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃的提出和村鎮(zhèn)人口、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，該溝道的防洪問題日益突出，因此對第界溝進行防洪治理顯已迫在眉睫。但由于旬邑縣屬傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣，地方財力有限，對溝道治理的投入遠不能滿足第界溝防洪工程的需要，沿河居民和農(nóng)田防洪保護設(shè)施基本處于空白狀態(tài)，急需投資修建。

2.3 社會經(jīng)濟發(fā)展對防洪的要求

本次治理河段涉及20個自然村，2020年農(nóng)村人均總收入4300元。為了加快當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，增加農(nóng)民收入，根據(jù)當?shù)貙嶋H，近年來各級政府積極鼓勵和引導(dǎo)農(nóng)民在川道里發(fā)展果業(yè)和中草藥產(chǎn)業(yè)，迫切需要加快第界溝的治理。目前該河段防洪能力很差，現(xiàn)狀不容樂觀。一旦發(fā)生較大洪水，就會引發(fā)洪水災(zāi)害，造成較大損失，嚴重阻礙當?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展步伐。

針對工程區(qū)實際情況，治理段起點位于第界溝入三水河口上游17 km處，河道治理總長6.034 km。實施該項目治理，是加強第界溝防洪薄弱環(huán)節(jié)，消除山洪隱患，恢復(fù)溝道兩岸生態(tài)健康，保障沿岸群眾生命財產(chǎn)安全，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，促進區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

4.工程設(shè)計

4.1 工程規(guī)模

根據(jù)工程范圍內(nèi)的保護對象和建筑物狀況，結(jié)合中華人民共和國《防洪標準》(GB 50201-2014)和《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 20586-2013)分析確定擬建堤防工程的防洪標準。

為適應(yīng)國民經(jīng)濟各部門、各地區(qū)的防洪要求和防洪建設(shè)的需要，維護人民生命財產(chǎn)安全，中華人民共和國《防洪標準》(GB 50201-2014)根據(jù)以鄉(xiāng)村為主的防護區(qū)內(nèi)人口或耕地面積，把城市防洪標準分為四級。本次設(shè)計防洪工程主要以保護鄉(xiāng)村為主，保護人口小于20萬人，防護區(qū)耕地面積小于30萬畝，工程等別為Ⅴ等，防洪標準取10 a一遇洪水設(shè)計。

4.2 堤防設(shè)計

4.2.1 堤頂高程

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)，堤頂高程應(yīng)按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定。經(jīng)計算堤頂超高值見表1。

《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定：5級堤防的堤頂超高值不應(yīng)小于0.5 m。因此，根據(jù)堤頂超高計算成果，堤防標準斷面的堤頂超高為0.8 m。

表1 堤頂超高計算成果表 單位：m

4.2.2 堤防基礎(chǔ)埋深

本次設(shè)計依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)，對10 a一遇的設(shè)計洪水對實施的堤防斷面的沖刷深度進行計算。

(1)水流平行堤岸沖刷深度。水流平行堤岸所產(chǎn)生的沖刷深度采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)公式D.2.2-1進行計算：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，m，以近似設(shè)計水位最大深度代替；Vcp為河床面上允許不沖流速，m/s；n為與防護坡在平面上的形狀有關(guān)的指數(shù)，一般取n=0.25。

本次設(shè)計根據(jù)本工程河段洪水流勢及堤防布置情況，選取若干典型堤防斷面，結(jié)合本次設(shè)計洪水水面線計算結(jié)果，按上式分別進行各斷面在水流平行堤岸情況下堤防臨水側(cè)坡腳處的沖刷深度計算。計算參數(shù)及計算結(jié)果見表2。

表2 水流平行堤岸沖刷深度計算結(jié)果表

綜合上述水流平行堤岸情況下堤防臨水側(cè)坡腳處的沖刷深度計算結(jié)果，本工程堤防臨水側(cè)坡腳處灘面以下的最大沖深為0.6 m，因此堤防臨水側(cè)應(yīng)采取必要的護腳措施。經(jīng)綜合分析，確定堤防護腳基礎(chǔ)埋置深度為0.14 m～0.6 m之間。

4.2.3 堤防橫斷面

根據(jù)本次設(shè)計實地踏勘，溝道地形寬闊，現(xiàn)狀基本無設(shè)防，本次設(shè)計遵循《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定，并根據(jù)山洪溝泄洪特點，河堤堤線保持與河勢流向基本相適應(yīng)，河段一岸高地與一岸堤防之間的距離大致相等，堤防基本保持平緩連接。

根據(jù)本次堤防縱斷面布置設(shè)計成果，本工程堤防標準斷面堤高介于2.91 m～4.71 m之間，平均堤高為3.81 m；鑒于堤高較小，因此本次設(shè)計確定堤防標準斷面采用單式梯形斷面形式。

4.3 護岸及基礎(chǔ)型式的選擇

堤防的護坡分別按照格賓籠石及生態(tài)混凝土護坡兩種形式進行比較。

(1)賓格網(wǎng)墊護坡方案。堤防標準斷面臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)型的賓格網(wǎng)墊護坡，臨水側(cè)上部堤坡及背水側(cè)采用草皮護坡。賓格網(wǎng)墊厚度為0.3 m，寬度2 m，長度3 m，網(wǎng)眼大小為80 mm×115 mm，賓格網(wǎng)墊內(nèi)填充天然石料，石料規(guī)格為70 mm～150 mm。賓格網(wǎng)墊做好后，為了滿足坡面綠化及生態(tài)要求，在其上覆蓋20 cm厚的壤土，壤土表面種植草皮。

(2)生態(tài)混凝土護坡方案。堤防標準斷面臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)混凝土護坡，護坡為單塊聯(lián)鎖式擋塊，尺寸長寬=0.448 m×0.305 m，厚度10 cm。采用C20混凝土壓頂。

二種護坡方案比較見表3。

表3 堤防護坡方案比較表

本工程河段(A10～A1連家河村)(A10～A1第界河村)在宣泄10 a一遇設(shè)計洪水時，各個大斷面的平均流速介于6.58 m/s～2.02 m/s之間。根據(jù)本次水文分析結(jié)果，本工程河段洪水最大歷時為1 d～1.5 d。經(jīng)查有關(guān)資料，浸沒1 d～1.5 d，網(wǎng)墊本體的最大抗沖流速可以滿足本工程堤防的抗沖要求，但該方案需要上覆0.2 m厚的砂壤土以后實施表面的草皮護坡，而如上所述，上覆砂壤土及草皮護坡的最大抗沖流速為1.5 m/s，不能滿足抗沖要求，沖刷破壞后將需要維修恢復(fù)，增加工程運行費用；而且，相對于生態(tài)混凝土護坡方案，其投資較高，施工也較為復(fù)雜。生態(tài)混凝土護坡方案不僅可滿足堤坡抗沖要求，施工較為簡單，投資較小，而且通過在生態(tài)混凝土護坡中植草也可達到良好的生態(tài)和景觀效果。

因此，經(jīng)綜合分析，并參照類似工程經(jīng)驗，本次設(shè)計確定在堤防臨水側(cè)10 a一遇設(shè)計洪水位加0.8 m超高的下部堤坡采用生態(tài)混凝土護坡方案，臨水側(cè)上部堤坡及背水側(cè)堤坡均采用草皮護坡方案。

4.4 堤頂寬度及堤頂路

本次設(shè)計在依據(jù)《堤防規(guī)范》的基礎(chǔ)上，結(jié)合防汛搶險的要求，堤防橫斷面采用堤路結(jié)合形式，堤頂寬度3 m，砂石路。

4.5 滲流穩(wěn)定計算

計算采用理正滲流分析軟件的《堤壩滲流有限元計算程序》。依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，堤防滲流計算工況為：臨水坡為汛期平均水位時穩(wěn)定滲流，背水坡為相應(yīng)水位。(設(shè)計洪水歷時短，無法形成穩(wěn)定滲流，不能形成有效浸潤線)設(shè)計選取具有代表性的17+131、斷面分析計算，計算簡圖及計算結(jié)果見圖1，經(jīng)計算，設(shè)計斷面堤身滿足滲流穩(wěn)定要求，溢出點位于背水坡坡面以下。計算滲透坡降為0.05，小于允許坡降0.12。

表4 典型斷面滲流計算成果表

圖1 典型斷面計算簡圖

5 結(jié)語

陜西省山洪溝治理項目旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程為擬建項目，是旬邑縣山洪溝治理的重要組成部分。從第界溝工程現(xiàn)狀及兩岸人民對山洪溝治理的迫切要求分析，通過治理，對于消除山洪隱患，改善溝道生態(tài)環(huán)境是非常迫切和十分必要的。從第界溝的流域條件、地質(zhì)條件和綜合效益來看，其建設(shè)條件也已具備，經(jīng)過對設(shè)計方案的分析論證，旬邑縣第界溝段山洪溝治理工程具備建設(shè)條件，技術(shù)可靠，經(jīng)濟合理，效益顯著，建議盡早開工建設(shè)，發(fā)揮效益。